工程师们已经证明，空气通过开孔泡沫的流动可以促进数字计算、模拟传感和结合数字-模拟控制在软纺织基穿戴技术中的应用。
当设想尖端穿戴设备和机器人时，您沙发垫子的泡沫可能不是您首先想到的。
然而，莱斯大学的工程师们揭示了像空气在开孔泡沫的多孔结构中流动这样简单的东西，可以用于软质织物基穿戴系统中的数字计算、模拟传感和集成数字-模拟控制。
莱斯大学机械工程助理教授、研究论文负责人丹尼尔·普雷斯顿表示：“在我们的研究中，我们通过一种令人惊讶的简单方法将材料智能（材料检测和响应其周围环境的能力）与电路驱动逻辑结合在一起，即利用空气流动在软泡沫中。”
历史上，软体机器人和穿戴设备中的气动逻辑电路是以电子电路为模块构建的。这意味着通过连接元件将电阻器、电容器、二极管和门等各种组件连接在一起。这些传统设计依赖于互连逻辑门——数字系统中的基本组成部分，这些门将多个输入转换为单个输出。
之前，普雷斯顿创新实验室设计了一种使用气动逻辑电路控制纺织穿戴设备的技术。然而，这种初步方法没有充分利用软材料的独特特性，以提高电路设计效率。
普雷斯顿指出：“复杂任务通常需要更多的逻辑门。”
这种复杂性可能会导致设备更笨重、价格更高、制造更具挑战性，并且更容易发生故障。为了解决这个问题，研究人员发现了一种利用空气在泡沫薄片微小孔隙中流动产生的压力变化，更有效地执行复杂的气动计算和控制功能的方法。
研究的首席作者兼项目研究科学家阿努普·拉贾潘提到：“我们展示了软材料的固有特性，如泡沫薄片的海绵状或多孔性，可以用于流体任务，例如测量用户施加的力量或将数字压力信号转换为模拟信号，因此减少对流体逻辑门的依赖并简化操作。”
与液体不同，空气的密度随压力变化，使得通过泡沫薄片的气流建模更为复杂。然而，研究人员直接应对了这一挑战。
拉贾潘解释说：“我们创建了一个理论框架来分析气体通过多孔材料的流动，开发了创新的实验方法来评估泡沫的流体特性，并生成了一个模型，用于计算施加力量导致泡沫的流体电阻变化。”
团队设计了基于泡沫的流体电阻——类似于电子电阻在电子电路中限制电流的设备，它调节气动电路中的气流。这些电阻可以形成适合集成到基于纺织的穿戴设备的二维气动逻辑电路。
拉贾潘指出：“通过重新设计像电阻器这样的组件，以利用泡沫等软材料的流体特性，我们可以创建可靠、高效的软机器人和气动驱动的穿戴技术，而无需重型、笨重或刚性的元件，如电动机和电池。”他表示：“例如，穿戴式机器人设备可以帮助行动挑战者，利用纺织材料与压缩空气相结合，可以为用户提供舒适、轻便、经济且不引人注意的解决方案。”
除了普雷斯顿和拉贾潘，研究还包括刘振、叶菲和拉万德·拉希德的贡献。拉贾潘、刘和叶均已承诺在杜兰大学、德克萨斯大学达拉斯分校和夏威夷大学担任助理教授的任期轨道职位。拉希德担任源自普雷斯顿实验室的初创公司Helix Earth Technologies的首席执行官。
普雷斯顿表示：“我们在莱斯的研究在各个领域都取得了有意义的进展，我很高兴看到我们这么多的学生在完成我们的项目后，继续在学术界、工业界，甚至创建自己的企业做出贡献。”
这项研究得到了莱斯学院、美国能源部（DE-SC0014664）、莱斯大学共享设备管理局以及国家科学基金会（CMMI-2144809）的支持。
